基于5G通信技術(shù)承載網(wǎng)的建設(shè)探究

姚 京

（湖北郵電規(guī)劃設(shè)計(jì)有限公司，湖北 武漢 430000）

0 引 言

在網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)高速發(fā)展的時(shí)代，要想讓5G通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)新的發(fā)展，就要不斷優(yōu)化傳輸網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，從而推動(dòng)5G通信技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用。在5G移動(dòng)通信傳輸網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)過(guò)程中，應(yīng)該在以往的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)基礎(chǔ)上創(chuàng)建堅(jiān)實(shí)的傳輸網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，不斷優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)技術(shù)構(gòu)建，實(shí)現(xiàn)分組傳送網(wǎng)（Packet Transport Network，PTN）的逐步完善，讓網(wǎng)絡(luò)滿(mǎn)足時(shí)代和社會(huì)的發(fā)展需求。在發(fā)展5G通信技術(shù)的過(guò)程中，不斷創(chuàng)新技術(shù)、優(yōu)化建設(shè)思路，提升廣大用戶(hù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)的使用體驗(yàn)，提高運(yùn)營(yíng)商的服務(wù)質(zhì)量，最終推動(dòng)移動(dòng)通信技術(shù)朝著更加穩(wěn)健的方向發(fā)展。在發(fā)展5G通信技術(shù)的過(guò)程中，要抓住5G網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)架核心（即由5G核心網(wǎng)、5G承載網(wǎng)、5G接入網(wǎng)組成），同時(shí)在構(gòu)網(wǎng)方案上也有多種選擇，如非獨(dú)立組網(wǎng)方案和獨(dú)立組網(wǎng)方案。5G通信網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建在非獨(dú)立組網(wǎng)和獨(dú)立組網(wǎng)階段都要滿(mǎn)足承載網(wǎng)的互通要求，從而實(shí)現(xiàn)5G基站的共享。

1 5G業(yè)務(wù)對(duì)承載網(wǎng)的需求

5G業(yè)務(wù)對(duì)承載網(wǎng)需求更大、要求更高，需要更優(yōu)良的承載網(wǎng)環(huán)境。通過(guò)分析5G業(yè)務(wù)對(duì)承載網(wǎng)的需求，可以為承載網(wǎng)的構(gòu)架和優(yōu)化提供一定思路。省層面的運(yùn)營(yíng)商承載網(wǎng)一般是按核心層、匯聚層、接入層進(jìn)行架設(shè)，為了滿(mǎn)足通信數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枨?，要結(jié)合當(dāng)下的移動(dòng)通信業(yè)務(wù)量進(jìn)行承載網(wǎng)架設(shè)。當(dāng)前移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)量逐漸增多，給承載網(wǎng)帶來(lái)了極大的壓力。承載網(wǎng)要結(jié)合數(shù)據(jù)傳輸要求不斷演化，突破原有技術(shù)限制，從而優(yōu)化自身的功能。5G時(shí)代背景下，承載網(wǎng)架設(shè)正朝著低延時(shí)、高可靠性的方向發(fā)展。在5G數(shù)據(jù)傳輸環(huán)境發(fā)生巨變的時(shí)代，數(shù)據(jù)的流向更加復(fù)雜，很多傳輸業(yè)務(wù)對(duì)延時(shí)性的要求極高，對(duì)承載網(wǎng)的構(gòu)架也提出了新的要求[1]。5G網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，基站對(duì)回傳帶寬的需求大大增加，目前承載網(wǎng)絡(luò)的環(huán)境和容量都難以滿(mǎn)足數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枨?。同時(shí)，5G網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的其他業(yè)務(wù)對(duì)承載網(wǎng)也提出了更高的要求，如切片服務(wù)、大容量傳送、超低時(shí)延、快速開(kāi)通以及SLA可承諾等。

2 4G/5G傳輸技術(shù)的分析

2.1 IPRAN技術(shù)

目前中國(guó)電信的4G網(wǎng)絡(luò)主要以IPRAN作為移動(dòng)回傳業(yè)務(wù)的承載技術(shù)，通過(guò)分組傳送的方式，借助IP/MPLS協(xié)議和關(guān)鍵技術(shù)對(duì)移動(dòng)業(yè)務(wù)的傳送提供3層IP，同時(shí)借助動(dòng)態(tài)路由協(xié)議對(duì)業(yè)務(wù)分發(fā)標(biāo)簽以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)。IPRAN技術(shù)在實(shí)際的應(yīng)用過(guò)程中可以完成網(wǎng)絡(luò)承載，同時(shí)也可以保證其他業(yè)務(wù)的有效開(kāi)展，將網(wǎng)絡(luò)資源整合在一起，提升了網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行效率。中國(guó)電信應(yīng)用IPRAN有以下優(yōu)勢(shì)：網(wǎng)絡(luò)3層功能是完整且成熟的，其主要由路由器和交換機(jī)組構(gòu)成，通過(guò)這兩個(gè)構(gòu)件實(shí)現(xiàn)了IP信息的3層網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，構(gòu)成了3層數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)體系。同時(shí)這一技術(shù)的應(yīng)用還形成了MPLS 3層功能、MPLS VPN功能和3層組播功能，業(yè)務(wù)十分靈活且具有較好的開(kāi)發(fā)性和延展性。尤其是IPRAN還具有統(tǒng)計(jì)復(fù)用的功能，結(jié)合網(wǎng)絡(luò)需求對(duì)4G網(wǎng)絡(luò)承載網(wǎng)進(jìn)行了擴(kuò)容，滿(mǎn)足了業(yè)務(wù)增長(zhǎng)的需求。從當(dāng)下承載網(wǎng)的功能和環(huán)境來(lái)看，IPRAN要從多個(gè)方面進(jìn)行優(yōu)化才能滿(mǎn)足大容量、低延時(shí)等網(wǎng)絡(luò)信息傳輸需求。為此，中國(guó)電信引入了新型IPRAN技術(shù)，并更新了設(shè)備。新型IPRAN技術(shù)在容量、寬帶傳輸、低延時(shí)性等方面都有明顯的優(yōu)勢(shì)，主要原因是引入了分段路由（Segment Routing，SR）和EVPN（Ethernet Virtual Private Network）技術(shù)[2]。全新的SR技術(shù)和新型IPRAN控制器結(jié)合在一起，在實(shí)際應(yīng)用中可以結(jié)合業(yè)務(wù)需求和網(wǎng)絡(luò)環(huán)境對(duì)信息傳輸路徑進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整和優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)信息轉(zhuǎn)發(fā)業(yè)務(wù)的優(yōu)化和簡(jiǎn)化，提升傳輸效率[3]。

2.2 PTN技術(shù)

中國(guó)移動(dòng)選擇的4G回傳業(yè)務(wù)承載技術(shù)是分組傳送技術(shù)，應(yīng)用分組傳送技術(shù)實(shí)現(xiàn)信息的傳輸。其中信息的傳輸以以太網(wǎng)傳輸為基礎(chǔ)，通過(guò)兩層傳輸通道PTN對(duì)信息路徑進(jìn)行分類(lèi)，PTN通道的信息傳送是透明的，其傳輸路徑和信息標(biāo)簽都是非動(dòng)態(tài)的。在PTN網(wǎng)中，中國(guó)移動(dòng)主要應(yīng)用MPLS-TP技術(shù)。PTN網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸效率高、容量大且安全性較高，傳輸業(yè)務(wù)簡(jiǎn)單明了，省去了很多傳輸?shù)闹虚g環(huán)節(jié)，不需要借助復(fù)雜的IP功能和命令也能將控制層和客戶(hù)分離出來(lái)實(shí)現(xiàn)單獨(dú)運(yùn)行，能夠滿(mǎn)足多種傳輸業(yè)務(wù)的承載需求。5G網(wǎng)絡(luò)環(huán)境對(duì)基站間的信息交換、大量信息的傳輸連接、低延時(shí)等要求較高，在技術(shù)優(yōu)化路徑上要減少以往網(wǎng)絡(luò)中的控制面、信息傳輸路徑。PTN網(wǎng)絡(luò)在性能和容量上不能滿(mǎn)足業(yè)務(wù)傳輸需求，中國(guó)移動(dòng)為了突破5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的阻礙，在PTN網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上引入了切片分組網(wǎng)（Slicing Packet Network，SPN）技術(shù)。新型切片分組網(wǎng)技術(shù)仍舊以以太網(wǎng)作為信息傳輸?shù)闹饕獦?gòu)架，具有前傳、中傳和回傳的功能，其核心和中國(guó)電信一樣，也是引入了SR技術(shù)，但同時(shí)也引入了FlexE接口、切片通道層（Slicing Packet Layer，SCL）網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等[4]。SCL網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用打開(kāi)了網(wǎng)絡(luò)、切片業(yè)務(wù)提供端到端的通道，明顯降低了信息傳輸?shù)臅r(shí)延且支持網(wǎng)絡(luò)的重組和切片，可以滿(mǎn)足5G的低時(shí)延等需求。SPN網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是在PTN傳輸技術(shù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行創(chuàng)新和拓展，滿(mǎn)足了5G通信網(wǎng)絡(luò)的多個(gè)要求。借助FlexE技術(shù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行切分，構(gòu)建獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)端口，打通業(yè)務(wù)傳輸?shù)目焖偻ǖ?，在端口捆綁和時(shí)隙交叉技術(shù)的應(yīng)用下滿(mǎn)足多項(xiàng)業(yè)務(wù)的同時(shí)運(yùn)行需求，提升了信息傳輸?shù)男Ч鸞5]。

3 5G承載網(wǎng)構(gòu)建面臨的挑戰(zhàn)

3.1 帶寬需求

和4G網(wǎng)絡(luò)基站相比，5G網(wǎng)絡(luò)基站要處理的信息數(shù)量極其龐大。為了處理這些龐大的信息，需要增擴(kuò)網(wǎng)絡(luò)容量。對(duì)于當(dāng)下網(wǎng)絡(luò)接入層來(lái)說(shuō)，龐大的信息量需要更大的寬帶。通過(guò)搭建5G網(wǎng)絡(luò)的承載網(wǎng)，在寬帶的規(guī)劃上要盡量考慮無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的需求，從而提升基站的適應(yīng)性和容量。

3.2 連接需求

優(yōu)化5G網(wǎng)絡(luò)的承載網(wǎng)，首先要突破連接技術(shù)。5G網(wǎng)絡(luò)引入了超密集組網(wǎng)技術(shù)，基站密度極高。超密集組網(wǎng)技術(shù)提升了基站間的協(xié)同能力，使5G網(wǎng)絡(luò)的信息流量大大提升，其核心網(wǎng)絡(luò)在信息儲(chǔ)存和處理上更靠近無(wú)線側(cè)，導(dǎo)致信息流量進(jìn)一步加大。目前的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境已經(jīng)難以滿(mǎn)足5G網(wǎng)絡(luò)的需求，要結(jié)合實(shí)際情況優(yōu)化和調(diào)整網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架。

3.3 網(wǎng)絡(luò)切片功能

在5G業(yè)務(wù)數(shù)量激增的背景下，要想滿(mǎn)足用戶(hù)不同的業(yè)務(wù)場(chǎng)景需求，就要?jiǎng)?chuàng)新網(wǎng)絡(luò)環(huán)境和功能，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)切片實(shí)現(xiàn)多個(gè)業(yè)務(wù)場(chǎng)景劃分。在構(gòu)架5G網(wǎng)絡(luò)的過(guò)程中，要在現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的基礎(chǔ)上對(duì)網(wǎng)絡(luò)功能進(jìn)行優(yōu)化，構(gòu)建切片化的運(yùn)營(yíng)環(huán)境，從而實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)信息的共享。

4 5G時(shí)代承載網(wǎng)的建設(shè)思路

在發(fā)展5G網(wǎng)絡(luò)的過(guò)程中，2G、3G、4G網(wǎng)絡(luò)將會(huì)并存且會(huì)持續(xù)一段時(shí)間。即便后期5G網(wǎng)絡(luò)發(fā)展成熟，4G和5G網(wǎng)絡(luò)也會(huì)長(zhǎng)期并存，并實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)發(fā)展。在承載網(wǎng)的建設(shè)過(guò)程中，結(jié)合實(shí)際業(yè)務(wù)流量和類(lèi)型推算建設(shè)要點(diǎn)，在保證一定建設(shè)效益的同時(shí)推動(dòng)5G網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展。當(dāng)然5G網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)也會(huì)經(jīng)歷一個(gè)長(zhǎng)期過(guò)程，需要循序漸進(jìn)的推進(jìn)，初期以適度超前建設(shè)為主，中后期以穩(wěn)定發(fā)展為主。

4.1 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

5G承載網(wǎng)是網(wǎng)絡(luò)體系中的基礎(chǔ)網(wǎng)，是無(wú)線接入網(wǎng)和核心網(wǎng)連接的橋梁，可以滿(mǎn)足網(wǎng)絡(luò)連接的調(diào)度需求，為組網(wǎng)實(shí)施保護(hù)并實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的控制，同時(shí)還為網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行提供了大帶寬、低時(shí)延、高同步等方面的保障。5G承載網(wǎng)具備差異化的網(wǎng)絡(luò)切片性能，網(wǎng)絡(luò)切片的設(shè)置涉及面廣，要連接終端、無(wú)線等，并要實(shí)現(xiàn)協(xié)同管控。通過(guò)資源切片，管理控制平面的切片能為5G業(yè)務(wù)提供差異化的協(xié)議保障服務(wù)。承載網(wǎng)可以按照省級(jí)骨干網(wǎng)、省內(nèi)核心層、匯聚層以及接入層進(jìn)行構(gòu)架。省級(jí)骨干網(wǎng)由運(yùn)營(yíng)商集團(tuán)進(jìn)行規(guī)劃架設(shè)，核心網(wǎng)采用口字形進(jìn)行組網(wǎng)，其他層采用環(huán)形結(jié)構(gòu)進(jìn)行組網(wǎng)。接入網(wǎng)在組網(wǎng)過(guò)程中受到現(xiàn)實(shí)因素的限制不能控制時(shí)，可以采用環(huán)帶鏈的形式進(jìn)行組網(wǎng)。

4.2 帶寬規(guī)劃

5G帶寬規(guī)劃主要有分布式接入網(wǎng)和集中式接入網(wǎng)，而分布式接入網(wǎng)又分為大、中、小3種規(guī)劃模式。分布式接入網(wǎng)大型規(guī)模要借助集中單元（Centralized Unit，CU)云化和分布單元（Distributed Unit，DU）池化集中部署；集中式接入網(wǎng)的應(yīng)用一般較少，單基站峰值帶寬為10 Gb/s?；貍骶W(wǎng)絡(luò)要結(jié)合基站進(jìn)行規(guī)劃，要保證基站在達(dá)到傳輸峰值時(shí)仍舊可以運(yùn)行，其中由于不同地區(qū)的流量不同，因此還要進(jìn)行差異性規(guī)劃。對(duì)于傳輸業(yè)務(wù)流量較大的區(qū)域，可以采用50GE接入環(huán)，且每一個(gè)接入環(huán)都要設(shè)計(jì)20～30個(gè)共享基站；對(duì)于傳輸業(yè)務(wù)流量較低的地區(qū)，可以采用10GE的接入環(huán)，每一個(gè)接入環(huán)設(shè)置10個(gè)左右的共享基站即可滿(mǎn)足業(yè)務(wù)需求。在規(guī)劃接入環(huán)時(shí)，要將其和無(wú)線網(wǎng)緊密連接在一起，從而合理預(yù)測(cè)流量，并提升網(wǎng)絡(luò)的可擴(kuò)展性。

4.3 時(shí)間同步

由于4G網(wǎng)絡(luò)的時(shí)間同步性能指標(biāo)已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足5G建網(wǎng)需求，因此提升時(shí)間同步精度也是5G承載網(wǎng)建設(shè)的基本要求之一。在時(shí)間同步網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃上，可以結(jié)合業(yè)務(wù)需求應(yīng)用時(shí)間源設(shè)備下沉方案控制時(shí)間源，同時(shí)將其部署在匯聚層邊緣，進(jìn)而提升時(shí)間同步精度。

5 結(jié) 論

綜上所述，5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)仍需一段時(shí)間才能逐漸成熟。隨著5G承載網(wǎng)的不斷優(yōu)化演進(jìn)，綜合考慮建設(shè)成本和網(wǎng)絡(luò)發(fā)展需求采用更加經(jīng)濟(jì)合理的承載網(wǎng)技術(shù)，對(duì)于推進(jìn)5G的建設(shè)起到至關(guān)重要的作用。